北京交通大學(xué)-數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中頻自動(dòng)增益控制數(shù)字電路的研究姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 數(shù)電老師 實(shí)驗(yàn)老師 時(shí)間 2014年11月 目錄1 概述錯(cuò)誤！未定義書簽。2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3 實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)34 知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)35 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容35.1 基本實(shí)驗(yàn)35.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求35.1.2 設(shè)計(jì)方案及論證45.1.3 實(shí)際電路連接65.1.4 遇到的問題及注意事項(xiàng)錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2 發(fā)揮實(shí)驗(yàn)85.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求85.2.2 設(shè)計(jì)方案及論證錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2.3 實(shí)際電路連接156 總結(jié)錯(cuò)誤！未定義書簽。7 參考文獻(xiàn)17概述自動(dòng)增益數(shù)字控制電路是一種在輸入信號(hào)變化很大的情況下，輸出信號(hào)保持恒定或在較小的范圍內(nèi)波

2、動(dòng)的電路。在通信設(shè)備中，特別是在通信接收設(shè)備中起著重要的作用。它能夠保證接收機(jī)在接收弱信號(hào)時(shí)增益高，在接收強(qiáng)信號(hào)時(shí)增益低，使輸出保持適當(dāng)?shù)牡碗娖?，不至于因?yàn)檩斎胄盘?hào)太小而無法正常工作，也不至于因?yàn)檩斎胄盘?hào)過大而使接收機(jī)發(fā)生堵塞或飽和。2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握中頻自動(dòng)增益數(shù)字電路設(shè)計(jì), 提高實(shí)驗(yàn)者系統(tǒng)地構(gòu)思問題和解決問題的能力。（2）通過自動(dòng)增益數(shù)字電路實(shí)驗(yàn), 系統(tǒng)地歸納用加法器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)加法、減法、乘法、除法和數(shù)字控制模塊電路技術(shù) 。（3）培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)者通過現(xiàn)象分析電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而改善電路的能力。3 實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)（1）給出不同功能數(shù)字電路，設(shè)計(jì)數(shù)字控制電路，體現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字控制性能。

3、（2）以模擬信號(hào)的輸入和輸出波形為條件，設(shè)計(jì)控制增益數(shù)字電路，展開思路，體現(xiàn)開放性。4 知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)（1）加法，乘法，除法，A/D轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，控制電路。（2）克服競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象、失真現(xiàn)象，精度與速度矛盾，A/D轉(zhuǎn)換和D/A技術(shù)等。5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5.1基本實(shí)驗(yàn)5.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求用加法器實(shí)現(xiàn)2位乘法電路，即實(shí)現(xiàn)以下等式：00 X 00=0000; 00 X 01=0000; 00 X 10=0000; 00 X 11=0000;01 X 00=0000; 01 X 01=0001; 01 X 10=0010; 01 X 11=0011;10 X 00=0000; 10 X 01=0

4、010; 10 X 10=0100; 10 X 11=0110;11 X 00=0000; 11 X 01=0011; 11 X 10=0110; 11 X 11=1001.5.1.2 設(shè)計(jì)方案及論證5.1.2.1任務(wù)分析通過以上計(jì)算可以看到，兩位二進(jìn)制的乘法運(yùn)算，結(jié)果至多用4位二進(jìn)制數(shù)表示即可。計(jì)算過程如下： 圖5-1 乘法運(yùn)算圖5.1.2.2 方案設(shè)計(jì)先通過與門進(jìn)行與運(yùn)算，再通過74LS283進(jìn)行四位加法運(yùn)算。 5.1.2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸入兩個(gè)兩位二進(jìn)制數(shù)，通過邏輯門實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算，然后用數(shù)碼管顯示計(jì)算結(jié)果。5.1.2.4 具體電路設(shè)計(jì)采用四位快速進(jìn)位加法器74LS283和與門74LS0

5、8。任意兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的乘運(yùn)算通過與門74LS08實(shí)現(xiàn)，它由四組2輸入端的與門（正邏輯）構(gòu)成，其引腳圖如圖2所示。圖5-2與門74LS08引腳圖三個(gè)結(jié)果的求和通過將運(yùn)算結(jié)果輸入到加法器74LS283的不同位實(shí)現(xiàn)，它是四位二進(jìn)制全加器，其引腳圖如圖3所示。圖5-3加法器74LS283引腳圖仿真電路：圖中先輸入兩位二進(jìn)制數(shù)，其中74LS08是四個(gè)與門，分別實(shí)現(xiàn)的是A0B0、A0B1、A1B0、A1B1與運(yùn)算；74LS283為帶進(jìn)位的四位二進(jìn)制加法運(yùn)算器，實(shí)現(xiàn)了加法運(yùn)算，進(jìn)位端接地即可。5.1.3實(shí)際電路連接實(shí)驗(yàn)箱電路連接如下：圖5-3 基本實(shí)驗(yàn)電路連接5.1.4 遇到的問題第一次實(shí)驗(yàn)箱連接完電路之后

6、，電路在計(jì)算3*3時(shí)數(shù)碼管始終顯示的是8，2*2的結(jié)果是3，其它情況下顯示的結(jié)果都沒錯(cuò)。我們認(rèn)為是連接電路時(shí)某些引腳沒有連對(duì)，導(dǎo)致了計(jì)算錯(cuò)誤。經(jīng)過討論我們決定拆了，重新連一次電路，而且這次比第一次更加熟練，更加細(xì)致，第二次電路顯示的結(jié)果沒有錯(cuò)誤。通過本次試驗(yàn)我們體會(huì)到了連接電路需要謹(jǐn)慎，謹(jǐn)慎再謹(jǐn)慎，因?yàn)橐坏┠承?dǎo)線連接的引腳不對(duì)或者把芯片的引腳號(hào)碼弄錯(cuò)了，會(huì)很難檢查出來，最后只能重來一次，重新開始。第二次測(cè)試的結(jié)果A1（二進(jìn)制）A0（二進(jìn)制）B1（二進(jìn)制）B0（二進(jìn)制）理論結(jié)果（十進(jìn)制）測(cè)試結(jié)果（十進(jìn)制）111199111066110133110000101166101044100122100

7、000011133011022010111010000001100001000000100000000由上表可知，實(shí)際測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果一致，此電路圖是正確的。5.2發(fā)揮實(shí)驗(yàn)5.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，輸入信號(hào)50mV到5V峰峰值，1KHz10KHz的正弦波信號(hào)，輸出信號(hào)為3到4V的同頻率，不失真的正弦波信號(hào)。精度為8位，負(fù)載500。（2）發(fā)揮部分（1）中，若輸出成為直流，電路如何更改。1.1.1 （1）任務(wù)分析與方案設(shè)計(jì)題目的重點(diǎn)之一在于峰值捕獲，如果能確定一個(gè)信號(hào)的峰值，那么就有多種方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)增益的自動(dòng)控制。我們的方案是創(chuàng)造一個(gè)不斷升高的電壓檔位信號(hào)與輸入信號(hào)作電壓比

8、較，將比較結(jié)果通過邏輯運(yùn)算確定當(dāng)前信號(hào)幅值的對(duì)應(yīng)檔位，再借此控制輸入信號(hào)的乘除倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)增益控制。在本方案中，檔位信號(hào)是通過計(jì)數(shù)器控制一個(gè)參考電壓穩(wěn)定且大于信號(hào)最大可能幅值（實(shí)際取5V）的DAC的數(shù)據(jù)輸入來實(shí)現(xiàn)的。檔位信號(hào)在輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)保持不變，因此總有與信號(hào)最大幅值作比較的機(jī)會(huì)，從而可以穩(wěn)定捕獲峰值，但是同時(shí)也要求檔位信號(hào)的周期（2n次電壓遞增，n位DAC的位數(shù)）必須大于輸入信號(hào)最大周期的2n倍。這種思路的優(yōu)點(diǎn)是能穩(wěn)定捕獲峰值，可以處理有較大誤差的信號(hào)，不會(huì)出現(xiàn)失真；缺點(diǎn)是捕獲速度慢，如果輸入信號(hào)的幅值正好是最大可能幅值，則需要經(jīng)過2n個(gè)最大周期才能捕獲峰值，尤其是當(dāng)要求精度很高即n

9、值很大時(shí)，捕獲時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)。題目的重點(diǎn)之二在于自動(dòng)增益，也就是說當(dāng)大信號(hào)的時(shí)候電路的增益是小的，小信號(hào)的時(shí)候電路的增益是大的。把信號(hào)ui進(jìn)過A/D轉(zhuǎn)換，得到的信號(hào)的數(shù)字量代入后的除法電路的D中求出增益很明顯這個(gè)符合大信號(hào)小增益小信號(hào)大增益的要求，下面我們來定量的分析這個(gè)結(jié)果。當(dāng)輸入信號(hào)ui>0時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)過ADC0809后的的的數(shù)字量為再把我們的結(jié)果代入后得到可見當(dāng)ui>0的時(shí)候輸出是一個(gè)定值，雖然符合了自動(dòng)增益的要求，但是這已經(jīng)不是正弦信號(hào)了。而且當(dāng)ui<0的時(shí)候D=0,這個(gè)時(shí)候顯然是沒有意義的，運(yùn)放輸出有限就變成矩形波了也不滿足題目的要求。為了解決這兩個(gè)問題，我們要求出

10、在1s內(nèi)求出D的最大值Dmax1s來作為除數(shù)。這樣意義上式1-3就是一個(gè)幅度表達(dá)式了，而不是實(shí)時(shí)輸出信號(hào)的值了。題目要求輸入信號(hào)50mV到5V峰峰值，1KHZ10KHZ的正弦波信號(hào)，輸出信號(hào)為3到4V的同頻率，不失真的正弦波信號(hào)。我們把UREF=2.5V，確保A/D轉(zhuǎn)化的精度最高。因?yàn)閮?nèi)部權(quán)電阻R=10K不能改變，所以反饋電阻Rf=15K，確保輸出信號(hào)在3到4V之間。1.1.2 （2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后用兩個(gè)四位數(shù)值比較器74LS85（引腳圖如圖5所示）構(gòu)成八位比較器，采用74LS08相結(jié)合周期清零構(gòu)成峰值異步清零（引腳圖如圖2所示），對(duì)于周期性清零是用同步四位二進(jìn)制

11、計(jì)數(shù)器74LS161（引腳圖如6所示）與雙4輸入與非門74LS22（引腳圖如7所示）結(jié)合形成周期性清零,用集成數(shù)碼鎖存器74LS373（引腳圖如8所示）完成第一鎖存與第二鎖存，最后通過D/AC0832整個(gè)過程完成除法器與數(shù)模轉(zhuǎn)換，形成穩(wěn)定信號(hào)。D/AC0832采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，它的引腳圖如圖9所示，其中 IOUT1是電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化。DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。圖5 四位數(shù)值比較器74LS85圖6 同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161圖7 雙4輸入與非門74LS22圖8 集成數(shù)

12、碼鎖存器74LS373圖9 DAC0832引腳圖1.1.3 （3）具體電路設(shè)計(jì)各部分功能介紹如下：A/D轉(zhuǎn)換：芯片ADC0809圖5-7 A/D轉(zhuǎn)換部分比較器：芯片7485圖5-8 比較器部分兩級(jí)鎖存器：芯片74LS373圖5-9 鎖存器部分計(jì)數(shù)器清零：計(jì)數(shù)器74LS161，與門74LS08，非門74LS04，與非門74LS00，或非門74LS02圖5-10計(jì)數(shù)器清零仿真結(jié)果：黃色代表輸入波形，綠色代表輸出波形，一格表示1V輸入峰峰值50mV，1000Hz，輸出峰峰值接近4V，1000Hz（示波器仿真結(jié)果）輸入峰峰值500mV，1000Hz，輸出接近4V，1000Hz輸入峰峰值2V，1000H

13、z，輸出峰峰值接近3.40V，1000Hz輸入峰峰值4V，1000Hz，輸出峰峰值接近3.40V，1000Hz可以看出，仿真的結(jié)果符合題目的設(shè)計(jì)要求。5.2.3 實(shí)際電路連接實(shí)驗(yàn)箱電路連接：實(shí)驗(yàn)過程：雖然我們得到的仿真效果很好，但是第一次連接的電路中示波器并沒有輸出正弦波，后來我們改了幾根導(dǎo)線，打開電源之后把74LS373燒壞了，一言以蔽之，第一次實(shí)驗(yàn)很失敗。下午我們分析了實(shí)驗(yàn)失敗的原因，決定把實(shí)驗(yàn)步驟做的更仔細(xì)：檢查每一根導(dǎo)線是否導(dǎo)通，每片芯片貼標(biāo)簽，電查網(wǎng)搜芯片的引腳圖PDF，重要的導(dǎo)線也貼標(biāo)簽。按照電路圖一步步連線，完成之后我們還檢查了幾遍，第二次結(jié)果比第一次好很多，輸出了正弦波形，但正弦波還是存在失真，很不穩(wěn)定。研究與思考：（1）測(cè)量輸出信號(hào)失真方法有哪些？失真度測(cè)量按照量程分為一般失真度測(cè)量01 100 、小失真度測(cè)量001 30 和超低失真度測(cè)量0001 10 ；按照自動(dòng)化的程度可分為半自動(dòng)失真度測(cè)量和自動(dòng)失真度測(cè)量；信號(hào)處理方法大致可分為兩類：模擬法和數(shù)字化方法。（2）估算或測(cè)量發(fā)揮部分（2）輸入到輸出的時(shí)間？輸入輸出時(shí)間差主要是由DAC0832造成的。（3）A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路的